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塑料材料的应用的论文

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塑料材料的应用的论文

根据名种塑料不同的使用特性,通常将塑料分为通用塑料、工程塑料和特种塑料三种类型。①通用塑料-般是指产量大、用途广、成型性好、 价格便宜的塑料。 通用塑料有五大品种, 即聚Z烯(PE)聚丙烯(PP)聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)及丙烯青一丁二一苯乙烯共聚合物( ABS )。它们都是热塑料。②工程塑料- 般指能承受一定外力作用 ,具有良好的机械性能和耐高、低温性能,尺寸稳定性较好,可以用.作工程结构的塑料,如聚酰胺、聚砜等。工程塑料在工程塑料中又将其分为通用工程塑料和特种I程塑料两大类。③特种塑料一般是指具有特种功能,可用于航空、航天等特殊应用领域的塑料。如氟塑料和有机硅具有突出的耐高温、自润滑等特殊功用,增强塑料和泡沫塑料具有高强度、高缓冲性等特殊性能,这些塑料都属于特种塑料的范畴。用途分类:①通用塑料-般是指产量大、用途广、成型性好、价格便宜的塑料。通用塑颗粒料有五大品种,即聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)及丙烯腈一丁二 烯-苯乙烯共聚合物( ABS)。这五大类塑料占据了塑料原料使用的绝大多数,馀的基本可以归入特殊塑料品种, 如:PPS、PPO、PA、PC、POM等,它们在日用生活产品中的用量很少,主要应在工程产业、国防科技等高端的领域,如汽车、航天、建筑、通讯等领域。塑料根据其可塑性分类,可分为热塑性塑料和热固性塑料。通常情况下,热塑性塑料的产品可再回收利用,而热:固性塑料则不能。根据塑料的光学性能来分,可分为透明、半透明及不透明原料,如PS、PMMA、AS、 PC等属于透明塑料,其它大多数塑料都为不透明塑料。②工程塑料工程塑料在耐久性、耐腐蚀性、耐热性等方面能达到更高的要求,而且加工更方便并可替代金属材料。工程塑料被广泛应用于电子电气、汽车建筑、办公设备、机械、航空航天等行业,以塑代钢、以塑代木已成为国际流行趋势。通用工程塑料包括:聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、改性聚苯醚、热塑性聚酯、超高分子聚乙烯、甲基戊烯聚合物、乙烯醇共聚物等。③特种塑料-般是指具有特种功能,可用于航空、航天等特殊应用领域的塑料。如氟塑料和有机硅具有突出的耐高温、自润滑等特殊功用,增强塑料和泡沫塑料具有高强度高缓冲性等特殊性能,这些塑料都属于特种塑料的范畴。a.增强塑料:增强塑料原料在外形上可分为粒状(如钙塑增强塑料)、纤维状 (如玻璃纤维或玻璃布增强塑料)、状(如云母增强塑料)三种。按材质可分为布基增强塑料(如碎布增强或石棉增强塑料)、无机矿物填充塑料(如石英或云母填充塑料)、纤维增强塑料(如碳纤维增强塑料)三种。b.泡沫塑料:泡沫塑料可以分为硬质、半硬质和软质泡沫塑料三种。硬质泡沫塑料没有柔韧性,压缩硬度很大,只有达到-定应力值才产生变形,力解除后不能恢复原状;软质泡沫塑料富有柔韧性,压缩硬度很小,很容易变形,力解除后能恢复原状,残余变形较小;半硬质泡沫塑料的柔韧性和其他性能介于硬质与软质泡沫塑料之间。也可以去物性表上搜索,里面有挺多值得参考的。

生物降解塑料的发展[摘 要]近年来,世界工业发达国家十分重视生物降解塑料,特别是原料来自可再生资源或产业废气综合利用(如CO2)的生物降解塑料。我国生物降解塑料的研发和生产均得到了发展,尤其是可再生材料的生物降解塑料的发展更是取得了长足进步。 [关键词]生物降解;塑料;发展;微生物;材料 生物降解塑料是指一类由自然界存在的微生物如细菌、霉菌(真菌)和藻类的作用而引起降解的塑 料[1]。理想的生物降解塑料是一种具有优良的使用性能、废弃后可被环境微生物完全分解、最终被无机化而成为自然界中碳素循环的高分子材料。纸是一种典型的生物降解材料,而合成塑料则是典型的高分子材料。因此,生物降解塑料是兼有纸和合成塑料这两种材料性质的高分子材料。生物降解塑料又可分为完全生物降解塑料和破坏性生物降解塑料。1 国内生物降解塑料产业化情况 20世纪90年代中期,在国家禁白令的支持下,国内出现了一百多条各种类型的生物降解塑料生产线。进入21世纪,我国生物降解塑料的研发和生产均得到了显著的发展,尤其是可再生材料的生物降解塑料的发展更是取得了长足进步。武汉华丽环保科技有限公司生产的由葡萄糖组成的可塑淀粉生物降解塑料,可用于千次性餐具、酒店用品、工业包装等领域,市场推广良好;宁波天安生物材料有限公司生产的一种由微生物合成的可降解的聚羟基脂肪酸酯塑料,具有很好的抗热湿气性能,可以在食品包装上应用;内蒙古蒙西分子材料有限责任公司研制开发的二氧化碳聚合物降解塑料,用在农业地膜上效果很好;台湾瑞旗生物科技股份有限公司用玉米等植物淀粉发酵后,再经过聚合制造出的植物塑料聚乳酸特别适用于餐饮用品、服装制造等领域;浙江海正生物材料股份有限公司研制生产的聚乳酸是一种玉米塑料,可制成高性能的一次性碗、盘、杯、叉、刀、勺等;中科院理化所国家工程塑料中心开发的全生物降解塑料柬丁二酸丁二醇酯,产业化势头尤为迅速,目前已形成超过2万t/a的生产能力[2]。2 生物降解塑料新产品开发情况 通常降解塑料的定义为:在特定环境条件下,其化学结构发生明显变化,并用标准的测试方法能测定物质性能变化的塑料。按原料生物降解塑料可分为天然生物降解、微生物降解塑料和化学合成生物降解塑料几大类。按降解机理可分为光降解塑料、生物降解、光-生物降解塑料。 近年来,世界工业发达国家十分重视发展生物降解塑料,特别是原料来自可再生资源或产业废气综合利用(如CO2)的生物降解塑料。目前全球研发的生物降解塑料品种已有几十种,可批量生产和工业化生产的品种主要有微生物发酵合成的聚羟基脂肪酸酯(PHA、PHB、PHBV等);化学合成的聚乳酸(PIA)、聚己内酯、二元醇二羧酸脂肪族聚酯(PBS)、脂肪族/芳香族共聚酯、二氧化碳/环氧化合物共聚物(APC)、聚乙烯醇(PVA)等;天然高分子淀粉基塑料及其生物降解塑料共混物、塑料合金等。目前已进入中试或批量生产的品种有PHA(PHB、PHBV、PHBHHX等)、PLA、PBS、APC、改性PVA、淀粉基塑料、淀粉/PVA、PLA、PCL等塑料合金及共混物等。 生物降解塑料又分为天然生物降解塑料、微生物降解塑料和化学合成生物降解塑料[3]。 生物降解塑料 天然生物降解塑料是指以天然聚合物为原料,可通过各种成型工艺制成生物降解塑料制品的一类材料。这类材料包括由淀粉、纤维素、甲壳素、大豆蛋白等天然聚合物及其各种衍生物和混合物。 微生物合成生物降解塑料 聚乳酸(PLA)聚乳酸耐水,不能忍受>55 ℃的温度。虽然它不是水溶性的,但是海洋环境中的微生物也能使之降解成二氧化碳和水。这种塑料类似透明的聚苯乙烯,表现出很好的外观(有光泽和透明度),缺点是硬且脆的材料,在大多数实际应用中需要改性。例如,用增塑剂来提高其柔韧性,它可以和许多热塑性塑料一样被加工成纤维、薄膜,热成型或者注塑成型。 聚羟基烷酸酯(PHA) 利用可再生资源得到的生物降解塑料,把脂肪族聚酯和淀粉混合在一起,生产可降解性塑料的技术也已经研究成功。在欧美国家,淀粉和脂肪族聚酯的共混物被广泛用来生产垃圾袋等产品。例如,国际上规模最大、销售最好的是意大利的Novamont公司,其商品名为Mater-bi,公司的产品在欧洲和美国有较大量的应用[4]。 聚己内酯(PCL) 这种塑料具有良好的生物降解性和吸力性能,溶点是62 ℃。分解它的微生物广泛地分布在喜气或厌气条件下。作为可生物降解材料可把它与淀粉、纤维素类的材料混合在一起,或与乳酸聚合使用[5]。3 生物降解材料发展面临的问题 对适用于医学研究的生物降解材料,人们首先关心的是它的降解产物是否具有毒性,以及如何人为地控制降解速度。因此,生物降解材料合理的工艺配方、准确的降解时控性,用后降解的彻底性以及回收利用等技术的进一步提高和完善显得尤为重要。 在组织工程研究领域,比如研究者选用生物降解材料来构建人体的组织或器官,要求不仅有疗效,而且要保证安全、无毒、无刺激性,与人体有良好的生物相容性。 目前,可生物降解材料存在的主要问题:(1) 天然高分子材料及其改性物没有热塑性,多数加工困难,产品强度不高,还未完全达到实用阶段;(2) 价格昂贵,是通用塑料的5~10倍,不易推广应用;(3)可生物降解材料更合理的工艺配方、准确的降解时控性,用后降解的彻底性以及回收利用等技术还有待进一步提高和完善;(4) 一些可生物降解材料的最大问题是只能部分降解,人工合成生物降解材料大多还存在生产工艺复杂、产品性能不稳定的缺陷;(5) 国内外至今尚无统一认可的评价方法和标准[6]。4 可降解塑料发展动向 随着塑料工业的迅速发展,当前世界塑料总产量已超过亿t,但因废塑料难于降解,而成为环境垃圾。发展可降解塑料能减少白色污染,有显著的经济效益和社会效益。现生产降解塑料的主要国家有美国、意大利、德国、加拿大、日本、中国等。随着PLA等可降解塑料材料的应运而生,在原有聚乙烯等传统不可降解塑料制品中加入适量PLA等生物材料的塑料制品,既可部分实现生物降解,原有的力学性能又没有改变[7]。 生物塑料的耐热温性能不好,很多生物塑料在50~55 ℃就会变形,其应用领域和适用范围因此受到很大限制。进一步改善生物降解塑料产品的性能,将其推广到电子产品、汽车材料领域,真正使生物降解获得大规模推广应用。美国普立万公司一直在为提高生物塑料的耐高热性能而努力,该公司开发的产品,改善了材料的抗冲击性并可在100 ℃以上加工使用的可生物降解塑料技术。总之,可生物降解塑料的耐高温性能正在逐步提升,进一步推广应用条件正在逐步成熟[8]。5 建议与展望 近年来,随着原料生产和制品加工技术的进步,生物降解材料备受关注。无论是从能源替代、二氧化碳减少,还是从环境保护以及部分解决“三农”问题,都具有重要意义[7]。目前我国生物降解材料发展的状况,在自主知识产权、创新型产品等方面的研发能力、投入量等均待提高,存在生物降解材料的产业化与市场化规模不大、生物降解材料的回收处理系统不很完善等问题,为了解决这些情况,应制订配套的政策及法规。

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摘要:系统总结国内外废旧塑料的主要回收利用技术,针对目前我国回收处理废旧塑料的现状,指出提高分类筛选水平,吸收开发关键技术,是我国回收处理废旧塑料的必要途径。由于治理白色污染是个庞大的系统工程,政府部门须在制定法规和加强管理的同时,提高全社会的科技意识、环保意识和参与意识,这样才是减少和消除白色污染,提高资源综合利用水平的根本途径。 关键词:废塑料,白色污染,回收,再生,热解,技术进展 废旧塑料通常以填埋或焚烧的方式处理。焚烧会产生大量有毒气体造成二次污染。填埋会占用较大空间;塑料自然降解需要百年以上;析出添加剂污染土壤和地下水等。因此,废塑料处理技术的发展趋势是回收利用,但目前废塑料的回收和再生利用率低。究其原因,有管理、政策、回收环节方面的问题,但更重要的是回收利用技术还不够完善。 废旧塑料回收利用技术多种多样,有可回收多种塑料的技术,也有专门回收单一树脂的技术。近年来,塑料回收利用技术取得了许多可喜的进展,本文主要针对较通用的技术做一总结。 1 分离分选技术 废旧塑料回收利用的关键环节之一是废弃塑料的收集和预处理。尤其我国,造成回收率低的重要原因是垃圾分类收集程度很低。由于不同树脂的熔点、软化点相差较大,为使废塑料得到更好的再生利用,最好分类处理单一品种的树脂,因此分离筛选是废旧塑料回收的重要环节。对小批量的废旧塑料,可采用人工分选法,但人工分选效率低,将使回收成本增加。国外开发了多种分离分选方法。 仪器识别与分离技术 意大利Govoni公司首先采用X光探测器与自动分类系统将PVC从相混塑料中分离出来[1]。美国塑料回收技术研究中心研制了X射线荧光光谱仪,可高度自动化的从硬质容器中分离出PVC容器。德国Refrakt公司则利用热源识别技术,通过加热在较低温度下将熔融的PVC从混合塑料中分离出来[1]。 近红外线具有识别有机材料的功能,采用近红外线技术[1]的光过滤器识别塑料的速度可达2000次/秒以上,常见塑料(PE、PP、PS、PVC、PET)可以明确的被区别开来,当混合塑料通过近红外光谱分析仪时,装置能自动分选出5种常见的塑料,速度可达到20~30片/min。 水力旋分技术 日本塑料处理促进会利用旋风分离原理和塑料的密度差开发了水力旋风分离器。将混合塑料经粉碎、洗净等预处理后装入储槽,然后定量输送至搅拌器,形成的浆状物通过离心泵送入旋风分离器,在分离器中密度不同的塑料被分别排出。美国Dow化学公司也开发了类似的技术,它以液态碳氢化合物取代水来进行分离,取得了较好的效果[2]。 选择性溶解法 美国凯洛格公司和Rensselaser工学院共同开发了一种利用溶剂选择性溶解分离回收废塑料的技术。将混合塑料加入二甲苯溶剂中,它可在不同的温度下选择性溶解、分离不同的塑料,其中的二甲苯可循环使用,且损耗小[1,3]。 比利时Solvay SA公司开发了Vinyloop技术,采用甲乙酮作溶剂,分离回收PVC,回收到的PVC与新原料密度相差无几,但颜色略呈灰色。德国也有溶剂回收的Delphi技术,所用的酯类和酮类溶剂比Vinyloop技术少得多。 浮选分离法 日本一家材料研究所采用普通浸润剂,如木质素磺酸钠、丹宁酸、Aerosol OT和皂草甙等,成功地将PVC、PC(聚碳酸酯)、POM(聚甲醛)和PPE(聚苯醚)等塑料混合物分离开来[4]。 电分离技术[5] 用摩擦生电的方法分离混合塑料(如PAN、、PE、PVC和PA等)。其原理是两种不同的非导电材料摩擦时,它们通过电子得失获得相反的电荷,其中介电常数高的材料带正电荷,介电常数低的材料带负电荷。塑料回收混杂料在旋转锅中频繁接触而产生电荷,然后被送如另一只表面带电的锅中而被分离。 2 焚烧回收能量 聚乙烯与聚苯乙烯的燃烧热高达46000kJ/kg,超过燃料油的平均值44000 kJ/kg,聚氯乙烯的热值也高达18800 kJ/kg。废弃塑料燃烧速度快,灰分低,国外用之代替煤或油用于高炉喷吹或水泥回转窑。由于PVC燃烧会产生氯化氢,腐蚀锅炉和管道,并且废气中含有呋喃,二恶英等。美国开发了RDF技术(垃圾固体燃料),将废弃塑料与废纸,木屑、果壳等混合,既稀释了含氯的组分,而且便于储存运输。对于那些技术上不可能回收(如各种复合材料或合金混炼制品)和难以再生的废塑料可采用焚烧处理,回收热能。优点是处理数量大,成本低,效率高。弊端是产生有害气体,需要专门的焚烧炉,设备投资、损耗、维护、运转费用较高。 3 熔融再生技术 熔融再生是将废旧塑料加热熔融后重新塑化。根据原料性质,可分为简单再生和复合再生两种。简单再生主要回收树脂厂和塑料制品厂的边角废料以及那些易于挑选清洗的一次性消费品,如聚酯饮料瓶、食品包装袋等。回收后其性能与新料差不多。 复合再生的原料则是从不同渠道收集到的废弃塑料,有杂质多、品种复杂、形态多样、脏污等特点,因此再生加工程序比较繁杂,分离技术和筛选工作量大。一般来说,复合回收的塑料性质不稳定,易变脆,常被用来制备较低档次的产品。如建筑填料、垃圾袋、微孔凉鞋、雨衣及器械的包装材料等。 4 裂解回收燃料和化工原料 热裂解和催化裂解技术 由于裂解反应理论研究的不断深入[6-11],国内外对裂解技术的开发取得了许多进展。裂解技术因最终产品的不同分为两种:一种是回收化工原料(如乙烯、丙烯、苯乙烯等)[12],另一种是得到燃料(汽油、柴油、焦油等)。虽然都是将废旧塑料转化为低分子物质,但工艺路线不同。制取化工原料是在反应塔中加热废塑料,在沸腾床中达到分解温度(600~900℃),一般不产生二次污染,但技术要求高,成本也较高。裂解油化技术则通常有热裂解和催化裂解两种。 日本富士循环公司的将废旧塑料转化为汽油、煤油和柴油技术,采用ZSM-5催化剂,通过两台反应器进行转化反应将塑料裂解为燃料。每千克塑料可生成汽油、 煤油和柴油。美国Amoco公司开发了一种新工艺,可将废旧塑料在炼油厂中转变为基本化学品。经预处理的废旧塑料溶解于热的精炼油中,在高温催化裂化催化剂作用下分解为轻产品。由PE回收得LPG、脂肪族燃料;由PP回收得脂肪族燃料,由PS可得芳香族燃料。Yoshio Uemichi等人[13]研制了一种复合催化体系用于降解聚乙烯,催化剂为二氧化硅/氧化铝和HZSM-5沸石。实验表明,这种催化剂对选择性制取高质量汽油较有效,所得汽油产率为,辛烷值94。 国内李梅等[14]报道废旧塑料在反应温度350~420℃,反应时间2~4s,可得到MON73的汽油和SP-10的柴油,可连续化生产的工艺。李稳宏等[3]进行了废塑料降解工艺过程催化剂的研究。以PE、PS及PP为原料的催化裂化过程中,理想的催化剂是一种分子筛型催化剂,表面具有酸性,操作温度为360℃,液体收率90%以上,汽油辛烷值大于80。刘公召[15]研究开发了废塑料催化裂解一次转化成汽油、柴油的中试装置,可日产汽油柴油2t,能够实现汽油、柴油分离和排渣的连续化操作,裂解反应器具有传热效果好,生产能力大的特点。催化剂加入量1~3%,反应温度350~380℃,汽油和柴油的总收率可达到70%,由废聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯制得的汽油辛烷值分别为72、77和86,柴油的凝固点为3,-11,-22℃,该工艺操作安全,无三废排放。袁兴中[16]针对釜底清渣和管道胶结的问题,研究了流化移动床反应釜催化裂解废塑料的技术。为实现安全、稳定、长周期连续生产,降低能耗和成本,提高产率和产品质量打下了基础。 将废料通过裂解制得化工原料和燃料,是资源回收和避免二次污染的重要途径。德国、美国、日本等都有大规模的工厂,我国在北京、西安、广州也建有小规模的废塑料油化厂,但是目前尚存在许多待解决的问题。由于废塑料导热性差,塑料受热产生高黏度融化物,不利于输送;废塑料中含有PVC导致HCl产生,腐蚀设备的同时使催化剂活性降低;碳残渣粘附于反应器壁,不易清除,影响连续操作;催化剂的使用寿命和活性较低,使生产成本高;生产中产生的油渣目前无较好的处理办法等等。国内关于热解油化的报道还有很多[43-54],但如何吸收已有的成果,攻克技术难点,是我们急需要做的工作。 超临界油化法 水的临界温度为℃,临界压力为。临界水具有常态下有机溶液的性能,能溶解有机物而不能溶解无机物,而且可与空气、氧气、氮气、二氧化碳等气体完全互溶。日本专利有用超临界水对废旧塑料(PE、PP、PS等)进行回收的报告,反应温度为400~600℃,反应压力25Mpa,反应时间在10min以下,可获得90%以上的油化收率。用超临界水进行废旧塑料降解的优点是很明显的:水做介质成本低廉;可避免热解时发生炭化现象;反应在密闭系统中进行,不会给环境带来新的污染;反应快速,生产效率高等。邱挺等[17]总结了超临界技术在废塑料回收利用中的进展。 气化技术 气化法的优点在于能将城市垃圾混合处理,无需分离塑料,但操作需要高于热分解法的高温(一般在900℃左右)。德国Espag公司的Schwaize Pumpe炼油厂每年可将1700t废塑料加工成城市煤气。RWE公司计划每年将22万吨褐煤、10万吨塑料垃圾和城镇石油加工厂产生的石油矿泥进行气化。德国Hoechst公司采用高温Winkler工艺将混合塑料气化,再转化成水煤气作为合成醇类的原料。 氢化裂解技术 德国Vebaeol公司组建了氢化裂解装置,使废塑料颗粒在15~30Mpa,470℃下氢解,生成一种合成油,其中链烷烃60%、环烷烃30%、芳香烃为1%。这种加工方法的能量有效利用率为88%,物质转化有效率为80%。 5 其他利用技术 废旧塑料还有着广泛的用途。美国得克萨斯州立大学采用黄砂、石子、液态PET和固化剂为原料制成混凝土,Bitlgosz [18] 将废塑料用作水泥原材料。解立平等[19]利用废旧塑料与木料、纸张等制备中孔活性炭,雷闫盈等[20报道应用废旧聚苯乙烯制涂料,李玲玲[21]报道塑料可变成木材。宋文祥[22]介绍了国外用HDPE作原料,通过一种特殊的方法,使长度不同的玻璃纤维在模具内沿着物料流向的轴向同向,从而生产高强度塑料枕木。蒲廷芳[23]等使用废旧聚乙烯制高附加值的聚乙烯蜡。李春生等[24]报道,聚苯乙烯与其他热塑性塑料相比,具有熔融粘度小,流动性大的特点,因此熔融后可以很好地浸润所接触的表面而起到良好的粘接作用。张争奇等[25]用废塑料改性沥青,将某一种或几种塑料按一定比例均匀溶于沥青中,使沥青的路用性能得到改善,从而提高沥青路面质量,延长路面寿命。 结束语 治理白色污染是个庞大的系统工程,需要各部门,各行业的共同努力,需要全社会在思想上和行动上的共同参与和支持,有赖于全民科技意识、环保意识的提高。政府部门在制定法规加强管理的同时,可把发展环保技术和环保产业作为刺激经济和扩大就业的重要渠道,使废塑料的收集、处理及回收利用产业化。目前我国回收和加工企业分散,规模小,很多国内外塑料回收与加工的新技术和新设备无法推广实施,回收加工产品质量低下,因此对塑料回收企业应进行规范化管理,以提高其科技含量和经济效益。在回收利用的同时,更需研究开发可环境消纳塑料,寻求切实可行的替代品。

半导体材料的应用论文

研究硅和锗的电子结构。研究硅和锗的电子结构:可以揭示半导体材料的性质,为硅和锗的应用提供理论指导,研究硅和锗的局域密度泛函理论:通过对硅和锗的局域密度泛函理论的研究,可以提出更加准确的性质模型。硅和锗是一种半导体材料,具有重要的应用价值,第一性原理计算是研究半导体材料性质的基础理论,因此,硅和锗的第一性原理论文具有重要的研究价值。

半导体材料(semiconductor material)是一类具有半导体性能(导电能力介于导体与绝缘体之间,电阻率约在1mΩ·cm~1GΩ·cm范围内)、可用来制作半导体器件和集成电路的电子材料。

一、半导体材料主要种类

半导体材料可按化学组成来分,再将结构与性能比较特殊的非晶态与液态半导体单独列为一类。按照这样分类方法可将半导体材料分为元素半导体、无机化合物半导体、有机化合物半导体和非晶态与液态半导体。

1、元素半导体:在元素周期表的ⅢA族至ⅦA族分布着11种具有半导性半导体材料的元素,下表的黑框中即这11种元素半导体,其中C表示金刚石。C、P、Se具有绝缘体与半导体两种形态;B、Si、Ge、Te具有半导性;Sn、As、Sb具有半导体与金属两种形态。P的熔点与沸点太低,Ⅰ的蒸汽压太高、容易分解,所以它们的实用价值不大。As、Sb、Sn的稳定态是金属,半导体是不稳定的形态。B、C、Te也因制备工艺上的困难和性能方面的局限性而尚未被利用。因此这11种元素半导体中只有Ge、Si、Se 3种元素已得到利用。Ge、Si仍是所有半导体材料中应用最广的两种材料。

(半导体材料)

2、无机化合物半导体:分二元系、三元系、四元系等。 二元系包括:①Ⅳ-Ⅳ族:SiC和Ge-Si合金都具有闪锌矿的结构。②Ⅲ-Ⅴ族:由周期表中Ⅲ族元素Al、Ga、In和V族元素P、As、Sb组成,典型的代表为GaAs。它们都具有闪锌矿结构,它们在应用方面仅次于Ge、Si,有很大的发展前途。③Ⅱ-Ⅵ族:Ⅱ族元素Zn、Cd、Hg和Ⅵ族元素S、Se、Te形成的化合物,是一些重要的光电材料。ZnS、CdTe、HgTe具有闪锌矿结构。④Ⅰ-Ⅶ族:Ⅰ族元素Cu、Ag、Au和 Ⅶ族元素Cl、Br、I形成的化合物,其中CuBr、CuI具有闪锌矿结构。⑤Ⅴ-Ⅵ族:Ⅴ族元素As、Sb、Bi和Ⅵ族元素 S、Se、Te形成的化合物具有的形式,如Bi2Te3、Bi2Se3、Bi2S3、As2Te3等是重要的温差电材料。⑥第四周期中的B族和过渡族元素Cu、 Zn、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni的氧化物,为主要的热敏电阻材料。⑦某些稀土族元素 Sc、Y、Sm、Eu、Yb、Tm与Ⅴ族元素N、As或Ⅵ族元素S、Se、Te形成的化合物。 除这些二元系化合物外还有它们与元素或它们之间的固溶体半导体,例如Si-AlP、Ge-GaAs、InAs-InSb、AlSb-GaSb、InAs-InP、GaAs-GaP等。研究这些固溶体可以在改善单一材料的某些性能或开辟新的应用范围方面起很大作用。

(半导体材料元素结构图)

半导体材料

三元系包括:族:这是由一个Ⅱ族和一个Ⅳ族原子去替代Ⅲ-Ⅴ族中两个Ⅲ族原子所构成的。例如ZnSiP2、ZnGeP2、ZnGeAs2、CdGeAs2、CdSnSe2等。族:这是由一个Ⅰ族和一个Ⅲ族原子去替代Ⅱ-Ⅵ族中两个Ⅱ族原子所构成的, 如 CuGaSe2、AgInTe2、 AgTlTe2、CuInSe2、CuAlS2等。:这是由一个Ⅰ族和一个Ⅴ族原子去替代族中两个Ⅲ族原子所组成,如Cu3AsSe4、Ag3AsTe4、Cu3SbS4、Ag3SbSe4等。此外,还有它的结构基本为闪锌矿的四元系(例如Cu2FeSnS4)和更复杂的无机化合物。

3、有机化合物半导体:已知的有机半导体有几十种,熟知的有萘、蒽、聚丙烯腈、酞菁和一些芳香族化合物等,它们作为半导体尚未得到应用。

4、非晶态与液态半导体:这类半导体与晶态半导体的最大区别是不具有严格周期性排列的晶体结构。

二、半导体材料实际运用

制备不同的半导体器件对半导体材料有不同的形态要求,包括单晶的切片、磨片、抛光片、薄膜等。半导体材料的不同形态要求对应不同的加工工艺。常用的半导体材料制备工艺有提纯、单晶的制备和薄膜外延生长。

半导体材料所有的半导体材料都需要对原料进行提纯,要求的纯度在6个“9”以上,最高达11个“9”以上。提纯的方法分两大类,一类是不改变材料的化学组成进行提纯,称为物理提纯;另一类是把元素先变成化合物进行提纯,再将提纯后的化合物还原成元素,称为化学提纯。物理提纯的方法有真空蒸发、区域精制、拉晶提纯等,使用最多的是区域精制。化学提纯的主要方法有电解、络合、萃取、精馏等,使用最多的是精馏。由于每一种方法都有一定的局限性,因此常使用几种提纯方法相结合的工艺流程以获得合格的材料。

(半导体材料)

绝大多数半导体器件是在单晶片或以单晶片为衬底的外延片上作出的。成批量的半导体单晶都是用熔体生长法制成的。直拉法应用最广,80%的硅单晶、大部分锗单晶和锑化铟单晶是用此法生产的,其中硅单晶的最大直径已达300毫米。在熔体中通入磁场的直拉法称为磁控拉晶法,用此法已生产出高均匀性硅单晶。在坩埚熔体表面加入液体覆盖剂称液封直拉法,用此法拉制砷化镓、磷化镓、磷化铟等分解压较大的单晶。悬浮区熔法的熔体不与容器接触,用此法生长高纯硅单晶。水平区熔法用以生产锗单晶。水平定向结晶法主要用于制备砷化镓单晶,而垂直定向结晶法用于制备碲化镉、砷化镓。用各种方法生产的体单晶再经过晶体定向、滚磨、作参考面、切片、磨片、倒角、抛光、腐蚀、清洗、检测、封装等全部或部分工序以提供相应的晶片。

在单晶衬底上生长单晶薄膜称为外延。外延的方法有气相、液相、固相、分子束外延等。工业生产使用的主要是化学气相外延,其次是液相外延。金属有机化合物气相外延和分子束外延则用于制备量子阱及超晶格等微结构。非晶、微晶、多晶薄膜多在玻璃、陶瓷、金属等衬底上用不同类型的化学气相沉积、磁控溅射等方法制成。

三、半导体材料发展现状

相对于半导体设备市场,半导体材料市场长期处于配角的位置,但随着芯片出货量增长,材料市场将保持持续增长,并开始摆脱浮华的设备市场所带来的阴影。按销售收入计算,

半导体材料日本保持最大半导体材料市场的地位。然而台湾、ROW、韩国也开始崛起成为重要的市场,材料市场的崛起体现了器件制造业在这些地区的发展。晶圆制造材料市场和封装材料市场双双获得增长,未来增长将趋于缓和,但增长势头仍将保持。

(半导体材料)

美国半导体产业协会(SIA)预测,2008年半导体市场收入将接近2670亿美元,连续第五年实现增长。无独有偶,半导体材料市场也在相同时间内连续改写销售收入和出货量的记录。晶圆制造材料和封装材料均获得了增长,预计今年这两部分市场收入分别为268亿美元和199亿美元。

日本继续保持在半导体材料市场中的领先地位,消耗量占总市场的22%。2004年台湾地区超过了北美地区成为第二大半导体材料市场。北美地区落后于ROW(RestofWorld)和韩国排名第五。ROW包括新加坡、马来西亚、泰国等东南亚国家和地区。许多新的晶圆厂在这些地区投资建设,而且每个地区都具有比北美更坚实的封装基础。

芯片制造材料占半导体材料市场的60%,其中大部分来自硅晶圆。硅晶圆和光掩膜总和占晶圆制造材料的62%。2007年所有晶圆制造材料,除了湿化学试剂、光掩模和溅射靶,都获得了强劲增长,使晶圆制造材料市场总体增长16%。2008年晶圆制造材料市场增长相对平缓,增幅为7%。预计2009年和2010年,增幅分别为9%和6%。

半导体材料市场发生的最重大的变化之一是封装材料市场的崛起。1998年封装材料市场占半导体材料市场的33%,而2008年该份额预计可增至43%。这种变化是由于球栅阵列、芯片级封装和倒装芯片封装中越来越多地使用碾压基底和先进聚合材料。随着产品便携性和功能性对封装提出了更高的要求,预计这些材料将在未来几年内获得更为强劲的增长。此外,金价大幅上涨使引线键合部分在2007年获得36%的增长。

与晶圆制造材料相似,半导体封装材料在未来三年增速也将放缓,2009年和2010年增幅均为5%,分别达到209亿美元和220亿美元。除去金价因素,且碾压衬底不计入统计,实际增长率为2%至3%。

四、半导体材料战略地位

20世纪中叶,单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功,导致了电子工业革命;20世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明,促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业,使人类进入了信息时代。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功,彻底改变了光电器件的设计思想,使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。纳米科学技术的发展和应用,将使人类能从原子、分子或纳米尺度水平上控制、操纵和制造功能强大的新型器件与电路,深刻地影响着世界的政治、经济格局和军事对抗的形式,彻底改变人们的生活方式

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纳米材料的应用论文4000字

纳米科技发展态势和特点_(转) 科学界普遍认为,纳米技术是21世纪经济增长的一台主要的发动机,其作用可使微电子学在20世纪后半叶对世界的影响相形见绌,纳米技术将给医学、制造业、材料和信息通信等行业带来革命性的变革。因此,近几年来,纳米科技受到了世界各国尤其是发达国家的极大青睐,并引发了越来越激烈的竞争。 一、各国竞相出台纳米科技发展战略和计划 由于纳米技术对国家未来经济、社会发展及国防安全具有重要意义,世界各国(地区)纷纷将纳米技术的研发作为21世纪技术创新的主要驱动器,相继制定了发展战略和计划,以指导和推进本国纳米科技的发展。目前,世界上已有50多个国家制定了国家级的纳米技术计划。一些国家虽然没有专项的纳米技术计划,但其他计划中也往往包含了纳米技术相关的研发。 (一) 发达国家和地区雄心勃勃 众所周知,为了抢占纳米科技的先机,美国早在2000年就率先制定了国家级的纳米技术计划(NNI),其宗旨是整合联邦各机构的力量,加强其在开展纳米尺度的科学、工程和技术开发工作方面的协调。2003年11月,美国国会又通过了《21世纪纳米技术研究开发法案》,这标志着纳米技术已成为联邦的重大研发计划,从基础研究、应用研究到研究中心、基础设施的建立以及人才的培养等全面展开。 曰本政府将纳米技术视为“曰本经济复兴”的关键。第二期科学技术基本计划将生命科学、信息通信、环境技术和纳米技术作为4大重点研发领域,并制定了多项措施确保这些领域所需战略资源(人才、资金、设备)的落实。之后,曰本科技界较为彻底地贯彻了这一方针,积极推进从基础性到实用性的研发,同时跨省厅重点推进能有效促进经济发展和加强国际竞争力的研发。 欧盟在2002~2007年实施的第六个框架计划也对纳米技术给予了空前的重视。该计划将纳米技术作为一个最优先的领域,有13亿欧元专门用于纳米技术和纳米科学、以知识为基础的多功能材料、新生产工艺和设备等方面的研究。欧盟委员会还力图制定欧洲的纳米技术战略,目前已确定了促进欧洲纳米技术发展的5个关键措施:增加研发投入,形成势头;加强研发基础设施;从质和量方面扩大人才资源;重视工业创新,将知识转化为产品和服务;考虑社会因素,趋利避险。另外,包括德国、法国、爱尔兰和英国在内的多数欧盟国家还制定了各自的纳米技术研发计划。 (二) 新兴工业化经济体瞄准先机 意识到纳米技术将会给人类社会带来巨大的影响,韩国、中国台湾等新兴工业化经济体,为了保持竞争优势,也纷纷制定纳米科技发展战略。韩国政府2001年制定了《促进纳米技术10年计划》,2002年颁布了新的《促进纳米技术开发法》,随后的2003年又颁布了《纳米技术开发实施规则》。韩国政府的政策目标是融合信息技术、生物技术和纳米技术3个主要技术领域,以提升前沿技术和基础技术的水平;到2010年10年计划结束时,韩国纳米技术研发要达到与美国和曰本等领先国家的水平,进入世界前5位的行列。 中国台湾自1999年开始,相继制定了《纳米材料尖端研究计划》、《纳米科技研究计划》,这些计划以人才和核心设施建设为基础,以追求“学术卓越”和“纳米科技产业化”为目标,意在引领台湾知识经济的发展,建立产业竞争优势。 (三) 发展中大国奋力赶超 综合国力和科技实力较强的发展中国家为了迎头赶上发达国家纳米科技发展的势头,也制定了自己的纳米科技发展战略。中国政府在2001年7月就发布了《国家纳米科技发展纲要》,并先后建立了国家纳米科技指导协调委员会、国家纳米科学中心和纳米技术专门委员会。目前正在制定中的国家中长期科技发展纲要将明确中国纳米科技发展的路线图,确定中国在目前和中长期的研发任务,以便在国家层面上进行指导与协调,集中力量、发挥优势,争取在几个方面取得重要突破。鉴于未来最有可能的技术浪潮是纳米技术,南非科技部正在制定一项国家纳米技术战略,可望在2005年度执行。印对箕府也通过加大对从事材料科学研究的科研机构和项目的支持力度,加强材料科学中具有广泛应用前景的纳米技术的研究和开发。 二、纳米科技研发投入一路攀升 纳米科技已在国际间形成研发热潮,现在无论是富裕的工业化大国还是渴望富裕的工业化中国家,都在对纳米科学、技术与工程投入巨额资金,而且投资迅速增加。据欧盟2004年5月的一份报告称,在过去10年里,世界公共投资从1997年的约4亿欧元增加到了目前的30亿欧元以上。私人的纳米技术研究资金估计为20亿欧元。这说明,全球对纳米技术研发的年投资已达50亿欧元。 美国的公共纳米技术投资最多。在过去4年内,联邦政府的纳米技术研发经费从2000年的亿美元增加到2003年的亿美元,2005年将增加到亿美元。更重要的是,根据《21世纪纳米技术研究开发法》,在2005~2008财年联邦政府将对纳米技术计划投入37亿美元,而且这还不包括国防部及其他部门将用于纳米研发的经费。 曰本目前是仅次于美国的第二大纳米技术投资国。曰本早在20世纪80年代就开始支持纳米科学研究,近年来纳米科技投入迅速增长,从2001年的4亿美元激增至2003年的近8亿美元,而2004年还将增长20%。 在欧洲,根据第六个框架计划,欧盟对纳米技术的资助每年约达亿美元,有些人估计可达亿美元。另有一些人估计,欧盟各国和欧盟对纳米研究的总投资可能两倍于美国,甚至更高。 中国期望今后5年内中央政府的纳米技术研究支出达到亿美元左右;另外,地方政府也将支出亿~亿美元。中国台湾计划从2002~2007年在纳米技术相关领域中投资6亿美元,每年稳中有增,平均每年达1亿美元。韩国每年的纳米技术投入预计约为亿美元,而新加坡则达亿美元左右。 就纳米科技人均公共支出而言,欧盟25国为欧元,美国为欧元,曰本为欧元。按照计划,美国2006年的纳米技术研发公共投资增加到人均5欧元,曰本2004年增加到8欧元,因此欧盟与美曰之间的差距有增大之势。公共纳米投资占GDP的比例是:欧盟为,美国为,曰本为。 另外,据致力于纳米技术行业研究的美国鲁克斯资讯公司2004年发布的一份年度报告称,很多私营企业对纳米技术的投资也快速增加。美国的公司在这一领域的投入约为17亿美元,占全球私营机构38亿美元纳米技术投资的46%。亚洲的企业将投资14亿美元,占36%。欧洲的私营机构将投资亿美元,占17%。由于这样的投资水平,基于纳米技术的创新势必将到来。 三、世界各国纳米科技发展各有千秋 各纳米科技强国比较而言,美国虽具有一定的优势,但现在尚无确定的赢家和输家。 (一) 在纳米科技论文方面曰、德、中三国不相上下 根据中国科技信息研究所进行的纳米论文统计结果,2000~2002年,共有40 370篇纳米研究论文被《2000~2002年科学引文索引(SCI)》收录。纳米研究论文数量逐年增长,且增长幅度较大,2001年和2002年的增长率分别达到了和。 2000~2002年纳米研究论文,美国以较大的优势领先于其他国家,3年累计论文数超过10 000篇,几乎占全部论文产出的30%。曰本()、德国()、中国()和法国()列在其后,它们各自的论文总数都超过了3000篇。而且以上5国2000~2002年每年的纳米论文产出大都超过了1000篇,是纳米研究最活跃的国家,也是纳米研究实力最强的国家。中国的增长幅度最为突出,2000年中国纳米论文比例还落后德国2个多百分点,到2002年已经超过德国,位居世界第三位,与曰本接近。 在上述5国之后,英国、俄罗斯、意大利、韩国、西班牙发表的论文数也较多,各国三年累计论文总数都超过了1000篇,且每年的论文数排位都可以进入前10名。这5个国家可以列为纳米研究较活跃的国家。 另外,如果欧盟各国作为一个整体,其论文量则超过36%,高于美国的。 。

是的,纳米材料是国家的发展大趋势,你也可以看下(纳米技术)这里面的范文吧~~

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纳米吸波复合材料的研究与发展趋势吸波复合材料主要是应用在飞机,坦克等表面来降低其被探测和摧毁的概率,提高目标的生存能力。吸波复合材料是一类功能复合材料,它能吸收投射到它表面的电磁波能量,并通过材料的介质损耗使电磁波能量转变成热能或其它形式的能量_1]。吸波复合材料是由功能体(吸收剂)和基体组成。当吸波复合材料中的功能体为纳米量级时,吸波复合材料将产生不同于常规材料的吸波性能。在已公开报道的纳米吸波复合材料中,性能比较突出的是美国研制的“超黑粉”纳米吸波复合材料_2J,它实质上就是以纳米石墨为功能体的石墨一热塑性复合材料和石墨环氧树脂复合材料。纳米吸波复合材料之所以具有不同寻常的吸波性能是因为纳米材料的特殊结构引起的口]。一方面,纳米微粒尺寸为1~100 nm,远小于雷达发射的电磁波波长,对电磁波的透过率大大高于常规材料,这就大大降低了电磁波的反射率;另一方面,纳米微粒材料的比表面积比常规微粒大3~4个数量级,对电磁波和红外光波的吸收率也比常规材料高得多。此外,随着颗粒的细化,颗粒的表面效应和量子尺寸效应变得突出,颗粒的界面极化和多重散射成为重要的吸波机制,量子尺寸效应使纳米颗粒的电子能级发生分裂,其间隔正处于微波能量范围(10 ~10eV从而形成新的吸波通道_|J。吸波复合材料按其应用形式可分为涂敷型吸波复合材料和结构型吸波复合材料。1 涂敷型吸波复合材料纳米铁氧体吸波复合材料_5。o]铁氧体吸波复合材料是既有一定介电常数和介电损耗,又有一定磁导率和磁损耗的双复介质。它除有电子共振损耗外,还具有铁氧体特有的畴壁共振损耗、磁矩自然共振损耗和粒子共振损耗等特性。其作用机理可概括为铁氧体对电磁波的磁损耗和介电损耗。23(5):796—800.[37] 李华,Bocaz—Beneventi G,Have J.计算机与应用化学_J],2002,1 9(3):296—297.[38] 熊少祥,李建军,程介克.分析测试学报EJ3,1996,15(3):69—73.将铁氧体纳米颗粒与聚合物复合而成的纳米复合吸波材料能有效吸收和衰减电磁波和声波,被认为是一种极好的吸波材料。铁氧体纳米复合材料多层膜在7~17 GHz的频率段内的峰值吸收为一4OdB,小于一lO dB的频宽为2GHz_l 。王国强等人对比了纳米铁氧体/导电聚合物复合吸波材料和非纳米铁氧体/导电聚合物复合吸波材料的吸波性能。实验结果表明,在8~12 GHz的频段内,纳米吸波复合材料的吸收率均高于非纳米吸波复合材料_1引。铁氧体吸波复合材料的研究重点在于如何通过调整材料本身的化学组成、粒径及其分布、粒子形貌及分散性等来提高复合材料损耗特性和降低其密度。美国已研制出一系列薄层状铁氧体吸波复合涂料,并成功应用于F一117A战斗机。纳米金属粉吸波复合材料_l �6�8从金属的电子能级跃迁、原子相对振动的光学波、原子的转动能级和原子磁能级的分析可以看出,具有磁性的金属超细颗粒与电磁波有强烈的相互作用,具备大量吸收电磁波能量的条件_l 。纳米金属粉吸波复合材料具有微波磁导率较高、温度稳定性好(居里温度高达770 K)等突出优点,己得到了广泛应用。纳米金属粉吸波复合材料主要包括羰基纳米金属粉复合材料和纳米磁性金属粉复合材料两类。其中羰基纳米金属粉主要包括羰基Fe、羰基Ni和羰基Co等:纳米磁性金属粉主要包括Co、Ni、CoNi和FeNi等。陈利民等人[1副制备了高抗氧化能力的纳米金属吸波复合材料y一(Fe,Ni)。实验结果表明,该材料在厘米波和毫米波波段均有较好的吸波性能。法国科学家最新研制成功了一种由CoNi纳米金属合金粉与绝缘层构成的复合材料。将该材料与粘合剂复合而成的吸波复合材料的电阻率高于5 Q�6�1cm,在50 MHz~50 GHz的频率范围内具有良好吸波性能 引。纳米有机聚合物吸波复合材料作为功能体的导电聚合物主要包括聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等。其主要的吸波机理是:利用某些具有共轭主链的高分子聚合物,通过化学或电化学方法与掺杂剂进行电荷转移作用来设计其导电结构,实现阻抗匹配和电磁损耗,从而吸收雷达波。将不同种类的无机纳米相与有机聚合物复合可以制成强吸收的电阻损耗型、介电损耗型、磁损耗型纳米吸波复合材料。比如,将碳纳米管与聚合物复合能形成一种性能优良的电阻型宽带吸波复合材料。因为碳纳米管具有良好的导电性,引入到聚合物中不仅可形成导电网络,而且对复合材料有增强作用,比常规的炭黑、石墨填充到聚合物中的吸波性能强得多。结构型纳米吸波复合材料n。 们结构型吸波复合材料既能吸波,又能承载,具有频率宽、效率高、不增加消极重量等优点。目前结构型吸波复合材料主要有两大类:蜂窝夹层型吸波复合材料和层压平板型吸波复合材料口 。。]。下面主要研究作为功能体的结构型纳米复合材料的特点与应用。纳米SiC吸波复合材料lL2 。SiC功能体具有密度小、耐高温性能好和吸收频带宽等优点,但常规制备的SiC吸收效率较低,不能直接作为吸波复合材料的功能体。因此,必须对SiC进行一定的处理以提高其吸收效率。一般采取以下两种处理方法:提高SiC的纯度和对其进行有控制的掺杂。日本利用高纯度的原料,制得了纯度极高的SiC粉体。前苏联曾用掺杂的方法提高了SiC的吸波性能。此外,还可以采用多层复合的结构形式进行改进。日本用二氧化碳激光法制备出了具有优良吸波性能的Si/C/N 和Si/C/N/O 吸波复合材料 。最新的研究结果表明,Si/C/N和Si/C/N/O纳米吸波复合材料在毫米波段和厘米波段均有优良的吸波性能。纳米SiC纤维吸波复合材料SiC系列纤维具有强度高、模量高、热膨胀系数低、电阻率可调节等特性和耐高温氧化直径小、易于编织等特点,是高性能复合材料的理想增强剂。由于常规SiC纤维的电阻率分布在10。~10 Q �6�1C1TI的范围内,而其电阻率在10 ~10。Q�6�1C1TI范围内才具备较好的吸波效果。因此,SiC纤维必须用适当的处理来调节其电阻率。一般采用的方法为高温处理法和掺杂异元素法。王 军等人L2 制备出力学性能良好、电阻率连续可调的纳米SiC/Ti复合纤维。将这种纤维与环氧树脂复合后可得到具有良好的吸波性能的结构型吸波复合材料。前景展望针对吸波材料“薄、轻、宽、强”等性能方面的更高要求,需要首先研制出具有吸波性能的纳米粉体,然后根据具体要求将不同种类的纳米粉体进行各种形式的复合以获得最佳吸波性能。在先进复合材料基础上发展起来的既能隐身又能承载的结构型吸波复合材料,是当今吸波复合材料的主要发展方向。其关键技术主要包括复合材料层板的研制、介电性能的设计匹配、有“吸、透、散”等功能的夹芯材料的研制与设计及诸因素的优化组合匹配等。随着先进探测器的相继问世,吸波复合材料必将发展成能兼容米波、厘米波、毫米波、红外和激光等多波段的吸波复合材料。

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